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Una alternativa para el mantenimiento del marco de referencia SIRGAS en Venezuela
1Víctor Cioce, 1María F. Rincón, 1Rixio Morales, 1Eugen Wildermann, 1Giovanni Royero,
2Carlos Reinoza, 2Franck Audemard, 3Laura Sánchez
1Centro de Procesamiento y Análisis GNSS SIRGAS de la Universidad del Zulia (CPAGS-LUZ)
2Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS)
3Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut der Technischen Universität München (DGFI-TUM)
Simposio SIRGAS 2015, Santo Domingo-República Dominicana, 18 al 20 de noviembre
Resumen
Como consecuencia del establecimiento en Venezuela de la Red de Monitoreo Satelital GNSS (REMOS) el
pasado año 2014, que conllevó al cambio del instrumental operativo sobre las únicas tres estaciones
SIRGAS-CON del país, a saber: Maracaibo, Caracas y Cumaná, estas dejaron de ser incorporadas a las
soluciones semanales de la red debido al no cumplimiento de los estándares y convenciones del IERS
(International Earth Rotation and Reference Systems Service) e IGS (International GNSS Service). No
obstante, a comienzos de 2015 comenzaron a ser instaladas en territorio nacional un conjunto de seis
estaciones de la Continuously Operating Caribbean GPS Observational Network (COCONet) de las cuales
dos ya están plenamente operativas y al contar con sensores meteorológicos y una política de acceso libre a
los datos recolectados, se presentan en este trabajo resultados preliminares del procesamiento y ajuste de la
red asignada al CPAGS-LUZ considerando a estas estaciones, a fin de recomendar su inclusión formal a
SIRGAS-CON y reactivar la contribución venezolana al mantenimiento del marco de referencia continental.
Palabras clave: SIRGAS, COCONet, GPS, marco de referencia
1. Generalidades
Para Latinoamérica y El Caribe es SIRGAS (Sistema de Referencia para las Américas), el cual
constituye el sistema de referencia que sirve como base para la adecuada georreferenciación de
todo dato e información espacial destinado a labores científicas y técnicas propias de la geodesia y
geofísica, sustentando además a toda disciplina del conocimiento humano que se apoye o interactúe
con localización geoespacial de alta precisión en la región, i.e. cartografía, topografía, catastro,
geomática navegación, entre otras (Cioce et al., 2012). SIRGAS es plenamente consistente con el
ITRS (International Terrestrial Reference System) del IERS (International Earth Rotation and
Reference Systems Service).
Su materialización actual se da a través de una red GNSS (Global Navigation Satellite Systems) de
operación continua conformada por aproximadamente 350 estaciones distribuidas en el continente
y mostradas en la Figura 1 (Mackern y Brunini, 2014); esta red es conocida como SIRGAS-CON
(SIRGAS Continuously Operating Network) y previa a ella, materializaciones pasivas del sistema
de referencia vinieron dadas por las soluciones SIRGAS95 y SIRGAS2000, siendo REGVEN (Red
Geocéntrica Venezolana) una densificación del marco continental en el país.
Figura 1. Red SIRGAS de operación continua (www.sirgas.org).
El procesamiento y ajuste de la red de operación continua es realizado semanalmente por los
Centros de Análisis SIRGAS, aplicando para ello rigurosas estrategias de estimación y cumpliendo
estándares y convenciones del IERS y del IGS (International GNSS Service). Las coordenadas
semanales de las estaciones SIRGAS-CON quedan referidas al ITRF para la época de observación,
contando con una calidad en el orden de ±2mm en posición horizontal y ±4mm en la vertical
(Brunini y Sánchez, 2014). De ahí que la presencia y evolución continua de SIRGAS, lo que se
traduce en alta exactitud en su materialización y productos asociados, hacen que sea la referencia
ideal y obligatoria para expresar coordenadas, insumos fundamentales para trabajos inherentes a
las geociencias.
La contribución por parte de Venezuela para el mantenimiento del marco de referencia continental
fue dada gracias al funcionamiento de la estación Maracaibo, operada desde 1998 como parte de
la mutua cooperación entre LUZ (La Universidad del Zulia) y el DGFI (Deutsches Geodätisches
Forschungsinstitut). Posteriormente, la densificación de SIRGAS-CON en territorio venezolano se
dio gracias al establecimiento de la REMOS (Red de Monitoreo Satelital GNSS) entre los años
2006 y 2009 por el IGVSB (Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar).
Varias estaciones del proyecto inicial de REMOS, mostradas en la Figura 2, lograron ser instaladas
y algunas de ellas incorporadas a SIRGAS-CON, no obstante solo Caracas (CRCS), Cumaná
(CUM3) y Maracaibo (MARA) que pasó a formar parte de REMOS, mantuvieron funcionamiento
continuo; por su parte, Barinas (BANS) y San Cristóbal (CRIS) se mantuvieron operativas por un
periodo muy reducido, siendo desincorporadas oficialmente de SIRGAS el 06.12.2013 (SIRGAS-
mail No. 815), la estación Coro (CORO) solo logró ser instalada (Cioce, 2015).
Un reimpulso para la consolidación de REMOS tuvo lugar desde 2013, incrementando la cantidad
de estaciones y modificando su distribución respecto al proyecto original atendiendo esto a
aspectos técnicos y logísticos, aquellas con funcionamiento histórico pasaron a formar parte de la
red (i.e. MARA, CRCS, CUM3). La Figura 3 muestra la nueva red, para la fecha de realización del
presente trabajo. De las 31 estaciones que la integran, sólo 14 se encuentran habilitadas en la
plataforma web (http://www.igvsb.gob.ve/remos.html) para el acceso a los datos. Una solución
preliminar de REMOS fue ofrecida por Cioce et al. (2014).
Figura 2. Primeras estaciones REMOS, proyecto original
(azul) e instaladas entre 2006 y 2009 (negro). Figura 3. Red de Monitoreo Satelital GNSS
(REMOS), distribución actual de las estaciones.
No obstante, este proceso de consolidación vino acompañado por una modernización instrumental,
disponiendo en todas las estaciones, tanto existentes como en las instaladas, receptores de la casa
STONEX modelo RSNET4 (ver Figura 4) con antenas geodésicas tipo chokering Harxon modelo
HXCGG486A+HXCS (ver Figuras 5a y 5b), que a pesar de ser equipos de última generación
(multiconstelación), carecen de registro en la base de datos del IGS (caso del receptor) y de modelo
para la variación del centro de fase por calibración absoluta (caso de la antena), situación que
impide la inclusión de REMOS en las soluciones semanales SIRGAS-CON, al no cumplirse los
estándares para el procesamiento de la red.
Figura 4. Receptor GNSS STONEX RSNET4
Figura 5a. Antena Harxon modelo
HXCGG486A+HXCS, vista lateral (NGS, 2014) Figura 5b. Antena Harxon modelo
HXCGG486A+HXCS, vista en planta (NGS, 2014).
En consecuencia, las nuevas estaciones REMOS no pueden formar parte de SIRGAS y desde
mediados de 2014, las tres estaciones venezolanas que rutinariamente estaban siendo incorporadas
en el cálculo semanal de la red quedaron excluidas. Las series de tiempo de sus coordenadas son
mostradas en las Figura 6a a 6c.
Figura 6a. Serie de tiempo para la posición de la estación Maracaibo -MARA- (www.sirgas.org).
Figura 6b. Serie de tiempo para la posición de la estación Caracas -CRCS- (www.sirgas.org).
Figura 6c. Serie de tiempo para la posición de la estación Cumaná-CUM3- (www.sirgas.org).
Con la extensión de la COCONet (Continuously Operating Caribbean GPS Observational
Network) hacia Venezuela, una alternativa que hace posible seguir manteniendo el marco de
referencia continental en el país, además de ser necesaria se hace viable y factible.
2. COCONet en Venezuela
COCONet es una red de operación continua establecida en la región de Centroamérica y El Caribe
con el fin de desarrollar una infraestructura observacional que sustente investigaciones geodésicas,
geofísicas y atmosféricas que ofrezcan respuestas concretas ante la constante presencia de riesgos
naturales en esta zona; el proyecto es auspiciado por la NSF (National Science Foundation) de los
EE.UU. con participación de entes y universidades de ese país (UNAVCO, 2015). Un aproximado
de 60 estaciones conforman la red mostrada en la Figura 7, cantidad cuyo incremento está previsto
atendiendo a los objetivos científicos que se persiguen, que se suman a otra considerable cantidad
de estaciones continuas existentes en la región.
Figura 7. Distribución de las estaciones COCONet (www.coconet.unavco.org).
Destaca una de las metas planteadas para el establecimiento de esta red: el aporte para mejorar
modelos tectónicos en áreas de deformación, tales como las regiones tectónicamente complejas de
Venezuela, Colombia y el noreste caribeño (COCONet, 2011; 2012), de ahí que en el marco de la
cooperación entre el grupo de trabajo COCONet y FUNVISIS (Fundación Venezolana de
Investigaciones Sismológicas), esté prevista la instalación de seis estaciones, a saber: CN43 (Isla
La Blanquilla), CN44 (Cerro Copey), CN42 (Los Roques), AVES (Isla de Aves), CN39 (Quebrada
Arriba), CN41 (El Baúl), de las cuales las últimas cuatro se encuentran operativas.
Adicionalmente, dos estaciones han sido establecidas en el oriente del país gracias a la colaboración
entre FUNVISIS y el ISTerre (Institut des Sciences de la Terre) de la Universidad Savoie Mont-
Blanc (Francia), sumando en total ocho nuevas estaciones de observación continua. En la Figura 8
se presenta su ubicación relativa.
3. Incorporando las estaciones COCONet al procesamiento SIRGAS-CON
Con el fin de promover los múltiples usos que pueden darse a los datos GNSS recolectados por las
estaciones COCONet en funcionamiento y de aquellas que serán instaladas en el territorio nacional,
se llevó a cabo la incorporación de las estaciones CN39 y CN41 al procesamiento efectuado por el
CPAGS-LUZ (Centro de Procesamiento y Análisis GNSS SIRGAS de la Universidad del Zulia)
del bloque asignado de la red SIRGAS-CON mostrado en la Figura 9. En relación a la estación
AVES, si bien se encuentra operativa, se está trabajando en aspectos propios de la transmisión de
sus datos.
Figura 8. Estaciones ISTerre (verde) y COCONet instaladas en Venezuela por FUNVISIS, operativas en azul, por
instalar en rojo.
Al estar disponibles los datos de aquellas estaciones operativas, de forma libre para todo usuario,
fue realizado el procesamiento y análisis de los mismos para la estimación de coordenadas sobre
una base diaria y/o semanal referidas al marco continental SIRGAS.
Figura 9. Red SIRGAS-CON asignada al CPAGS-LUZ (www.sirgas.org).
Las estaciones cumplen con los estándares del IGS (en especial los inherentes al receptor y antena);
además, el CPAGS-LUZ de forma satisfactoria solicitó, previa consulta con los responsables de
COCONet, la asignación del correspondiente IERS DOME Number (ITRF, 2015). Se presenta en
la Figura 10 una descripción gráfica del referido código. Las estaciones cuentan también con sus
logfiles (metadatos).
El procesamiento de los datos de estas estaciones en conjunto con aquellos de las demás estaciones
SIRGAS comenzó a partir de la semana 1829, siguiendo la estrategia diseñada para el cálculo de
la red continental aplicada por todos los Centros de Análisis SIRGAS. La plataforma de
procesamiento utilizada es el Bernese GNSS Software v5.2 (BSW52; Dach et al., 2007).
Figura 10. Ejemplo del IERS Directory of MERIT Sites (DOME) Number para la estación CN39.
En líneas generales, las observaciones son procesadas a un intervalo de muestreo de 30 s con una
máscara de elevación de 3°, formando la observable derivada L3 (libre de ionosfera) a partir de los
datos recolectados con ambas frecuencias. Esta se asume como la observable fundamental durante
toda la fase de procesamiento, asignando un peso inversamente proporcional a la elevación. Vale
destacar que las estaciones COCONet no disponen de observaciones GLONASS (Global’naya
Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema).
Las orbitas y derivas de los relojes GNSS así como los parámetros de orientación terrestre (EOP
por sus siglas en inglés; i.e. precesión, nutación y movimiento del polo), se consideran como
cantidades conocidas, correspondiendo estas a las ofrecidas por el IGS en sus soluciones finales
(Dow et al., 2009). Las variaciones absolutas de los centros de fase de las antenas GNSS,
incluyendo la dependencia respecto a la elevación y azimut de arribo de la señal, y la calibración
para la componente Z de los satélites, también provienen de este servicio internacional,
introduciéndose en el procesamiento los valores más recientes para la época de observación.
Correcciones a nivel de las observaciones son aplicadas, reduciendo los efectos de la carga
oceánica mediante el modelo FES2004 (Letellier, 2004) ofrecido por Bos y Scherneck (2011). El
efecto de la carga atmosférica considerando solo los generados por los cambios de presión causados
por la atracción gravitacional directa (i.e. mareas) del Sol y de la Luna sobre las masas atmosféricas,
(específicamente las componentes mareales S1 y S2), es reducido según van Dam y Rey (2010).
En cuanto a la refracción troposférica, se aplica la VMF1 (Vienna Mapping Function 1)
desarrollada por Böhm et al. (2006), modelando la componente hidrostática y estimando junto con
las coordenadas de las estaciones la contribución no-hidrostática de la atmósfera neutra (un
parámetro del retardo no-hidrostático cada dos horas). Otras reducciones (e.g. marea de la Tierra
sólida, marea polar y otras con impacto sobre el movimiento de las estaciones) son tratadas con
base en las Convenciones del IERS (Petit y Luzum, 2010).
Desde el punto de vista del proceso de estimación de parámetros, se recurre al modelo de
estimación relativa basado en diferenciaciones (principalmente dobles-diferencias de la observable
L3), lo que implica la definición de líneas-base tomando en cuenta el número común de
observaciones para las estaciones involucradas, tal que de todas las combinaciones posibles se
selecciona a aquel conjunto de líneas-base con la mayor cantidad de observaciones comunes (Dach
et al., 2007). La resolución de ambigüedades en las fases portadoras es desarrollada aplicando la
estrategia QIF (Quasi-free Ionosphere) ofrecida por el BSW52.
Las coordenadas a-priori que se introducen en el cálculo cuentan con una incertidumbre de ±0,05
m, extrapoladas en el tiempo para llevarlas a la época de la observación. En el caso de las estaciones
COCONet, su posición aproximada provino de un procesamiento inicial mediante la estrategia del
PPP (Posicionamiento de Punto Preciso; Kouba y Héroux, 2001). De esta manera, se obtienen
inicialmente soluciones diarias semi-libres para la red y posteriormente soluciones semanales semi-
libres al combinar las ecuaciones normales diarias. En este ajuste todas las coordenadas de la red
son restringidas con un peso de ±1 m, lo que implica que se estiman con alta precisión las
componentes de cada vector (línea-base) o bien su longitud, mientras que las coordenadas de los
puntos permanecen desconocidas hasta el momento de la introducción del datum geodésico.
Para la fijación del datum, las soluciones semi-libres diarias y semanales son alineadas al marco de
referencia (i.e. ITRF) a través de un ajuste en el que se restringen las coordenadas de aquellas
estaciones consideradas como fiduciales. Un total de cuatro estaciones fiduciales fueron
seleccionadas, dos del IGS y dos SIRGAS-CON atendiendo a la configuración de la red asignada
al CPAGS-LUZ. Sus coordenadas fueron extraídas de las respectivas soluciones semanales,
restringiéndolas con un peso inversamente proporcional a la precisión interna de las observaciones
(±0,1 mm) lo que permite mantener la geometría de las líneas-base de la red.
4. Resultados del procesamiento y ajuste
Los resultados provenientes de la rigurosa estrategia de procesamiento bajo la cual está siendo
procesada la red SIRGAS-CON con la inclusión de las estaciones COCONet, son evaluados interna
y externamente. La consistencia interna es evaluada aplicando los siguientes controles:
a. Comparación del factor de varianza a posteriori de las observaciones respecto al a priori fijado
en 1 mm (valor consistente con el nivel de ruido de las fases portadoras): los valores arrojados
por cada solución diaria y semanal ajustada alcanza una media de 1,6 mm. También el
seguimiento de la relación adimensional entre el factor χ2 y los grados de libertad, encontrándose
en todo momento se encuentra en el orden de 0,6 reflejando así la bondad del ajuste efectuado.
Los valores diarios son mostrados en la Figura 11.
b. Seguimiento de la variación entre las coordenadas a priori y las resultantes del procesamiento:
no sobrepasa los ±0,05 m, lo que indica mínimas deformaciones de la red durante el ajuste semi-
libre y el restringido (aplicado para introducir el datum geodésico).
c. Tolerancias para la repetibilidad de las coordenadas (±15 mm en posición y ±30 mm en altura)
y para sus RMS (±10 mm en posición y ±20 mm en altura): se lleva a cabo aplicando una
transformación de similaridad durante el ajuste o combinación de las ecuaciones normales
diarias para generar soluciones semanales. No se presentan resultados que excedan los referidos
niveles, ver Figura 12.
Figura 11. Relación entre el factor χ2 y los grados de libertad (arriba) y factor de varianza a posteriori de los ajustes
diarios entre las semanas 1829 a 1859.
Figura 12. Repetibilidad de las soluciones semanales en términos de los RMS para cada componente.
De esta manera, se presenta en la Figura 13 la variación diaria en la posición estimada para las
estaciones CN39 y CN41 (por simplicidad solo se ha considerado la parte decimal). Para el periodo
comprendido entre las semanas 1829 a 1859, el rango de dicha variación se ubica en ±0,02 m y
±0,03 m para las componentes horizontales y la vertical respectivamente.
Un control externo de estos resultados vino dado al considerar las soluciones propias de COCONet
ofrecidas por el grupo de trabajo del proyecto GAGE (Geodesy Advancing Geosciences and
EarthScope), responsable del procesamiento de COCONet (UNAVCO, 2015), realizando así
comparaciones correspondientes para CN39 y CN41. Diferencias medias de ±0,01 m en las
componentes horizontales y ±0,03 m en la componente vertical fueron detectadas, atribuidas a las
variantes en las estrategias de procesamiento aplicadas por SIRGAS respecto a las de UNAVCO.
Esta discrepancia fue confirmada de manera independiente al procesamiento realizado,
contrastando las coordenadas derivadas para la estación CN30 (ubicada en Nicaragua), incluida en
las soluciones semanales SIRGAS-CON.
Figura 13. Variación diaria en la posición de las estaciones CN39 (izq.) y CN41 (der.).
5. Productos troposféricos
Por especificaciones técnicas referentes a la instalación de estaciones COCONet, el instrumental
GNSS es co-localizado con sensores meteorológicos. Los datos meteorológicos recolectados (i.e.
presión atmosférica, temperatura, humedad relativa) también son de libre acceso. Esto permite dar
continuidad a estudios previos que han venido siendo desarrollados en Venezuela, vinculados con
el seguimiento y caracterización del vapor de agua troposférico (Cioce et al., 2011; Valecillos y
Alvarado, 2015), favoreciendo además las labores adelantadas por el grupo de trabajo SIRGAS
dedicado al tema de la atmosfera neutra.
Se presenta en la Figura 14 el retardo zenital no-hidrostático calculado para la estación CN39
correspondiente a los meses de enero a agosto. Se espera llevar a cabo este tipo de estimaciones
sobre una base temporal continua.
Figura 14. Retardo zenital no-hidrostático (ZWD) para la estación CN39.
6. Comentarios finales
Es de especial interés que Venezuela como miembro de SIRGAS desde sus comienzos en 1993
(SIRGAS, 1997), siga con su contribución al mantenimiento del marco de referencia. En este
sentido, la instalación de estaciones GNSS de operación continua distintas a las que integran a
REMOS, debe considerarse altamente positivo para el desarrollo de investigaciones vinculadas con
las geociencias. Además, el territorio nacional que también se compone por una extensa área
marítima, requiere de control geodésico que lo abarque en su totalidad, de ahí que una integración
de las redes de funcionamiento permanente como el ilustrado en la Figura 14, sea un hecho idóneo.
Figura 14. Redes de operación continua en Venezuela: REMOS y COCONet.
En consecuencia, la inclusión en el procesamiento rutinario que hace el CPAGS-LUZ de la red
SIRGAS-CON asignada, de las estaciones COCONet instaladas y operativas en territorio nacional,
permitió ofrecer coordenadas referidas al marco continental con niveles de calidad comparables a
los obtenidos luego del cálculo y ajuste de las soluciones SIRGAS.
Se recomienda así su incorporación a la red continental, sirviendo como un aporte al mantenimiento
del marco de referencia continental que por un lado cubra la deficiencia de las estaciones continuas
en el país y que por otro, sean refuerzo a la infraestructura geodésica nacional una vez que las
estaciones REMOS superen sus limitaciones actuales.
7. Referencias
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